[發明專利]一種用于力傳感器動態標定的階躍力產生裝置

有效

• 申請號: 201611040435.4
• 申請日: 2016-11-10
• 公開（公告）號: CN106706207B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 楊雙龍;徐科軍;劉厚德;梁斌;查富圓;楊睿;朱曉俊
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01L25/00
• 分類號: G01L25/00;G01L5/00
• 代理公司: 合肥金安專利事務所(普通合伙企業) 34114
• 代理人: 劉文軍

1.一種用于力傳感器動態標定的階躍力產生裝置，適用于負載端工裝結構不規則或需要進行多個方向力/力矩加載的力傳感器的動態標定實驗，包括：標定臺、定向加載組件、傳力鋼絲、力源、滑輪懸掛系統、沖擊剪斷裝置和階躍邊沿檢測電路，其特征在于：

力傳感器固定安裝在標定臺上，采用鋼絲作為傳力部件將力源產生的力通過滑輪懸掛系統變向連接到力傳感器負載端工裝上的定向加載組件上，由定向加載組件將鋼絲傳過來的拉力傳遞給力傳感器或轉換為力矩傳遞給力傳感器，從而向帶工裝的力傳感器施加穩定的定向載荷；定向加載組件包括用于力方向定向加載的加載螺釘和用于力矩方向定向加載的定滑輪對；力傳感器所受的載荷大小由力源控制，標定載荷范圍受限于鋼絲的直徑大小，載荷方向由傳力鋼絲的懸掛方向和力傳感器負載端工裝上的定向加載組件控制；力源由砝碼、伺服電機或液壓機構產生；然后，由沖擊剪斷裝置高速沖擊剪斷傳力鋼絲，實現對力傳感器的瞬間卸載，從而實現對力傳感器施加負階躍力載荷或負階躍力矩載荷；沖擊剪斷裝置采用高速、大沖擊力的沖擊氣缸驅動沖擊頭來執行沖擊剪斷動作，以加快鋼絲的剪斷速度、提高能剪斷鋼絲的直徑上限，采用沖擊墊塊為傳力鋼絲的沖擊剪斷提供沖擊面以抑制沖擊擾動，從而提高力傳感器的動態標定載荷范圍、標定頻帶與標定精度；由階躍邊沿檢測電路通過檢測沖擊剪斷過程中沖擊頭與傳力鋼絲開始接觸的時刻以及傳力鋼絲被完全剪斷的時刻來獲得力傳感器所受階躍載荷的階躍邊沿時間；

沖擊剪斷裝置由可移動升降臺、L型支架、沖擊氣缸、沖擊頭、沖擊墊塊、陶瓷墊片、磁吸鋼盤、絕緣柱I、絕緣柱II、金屬絲I、金屬絲II、空氣壓縮機、氣動電磁閥、氣管組成；L型支架固定安裝在可移動升降臺上；沖擊氣缸安裝在L型支架的豎壁上，其沖擊桿上安裝沖擊頭，用于沖擊剪斷傳力鋼絲；磁吸鋼盤采用圓柱鋼內置永久磁鐵的結構，由沉頭螺釘固定安裝在L型支架的底板上，用于吸附固定沖擊墊塊；磁吸鋼盤與沖擊墊塊之間由陶瓷墊片絕緣隔離以輔助檢測階躍開始時刻；沖擊墊塊則為沖擊剪斷傳力鋼絲提供沖擊面，沖擊面與沖擊氣缸的沖擊方向垂直；則通過調節可移動升降臺使得沖擊墊塊的沖擊面與傳力鋼絲平行且微接觸，以抑制沖擊氣缸沖擊剪斷傳力鋼絲時的正交方向的擾動；絕緣柱I和絕緣柱II分別插在L型支架兩側的固定安裝孔里，分別用于固定金屬絲I和金屬絲II的一端；金屬絲I和金屬絲II的另一自由端在動態標定實驗過程中分別繞接在沖擊墊塊兩側的傳力鋼絲上，以輔助檢測階躍結束時刻；空氣壓縮機、氣動電磁閥與氣管為沖擊氣缸的工作提供氣源與啟停控制；據此，傳力鋼絲將載荷施加到力傳感器上的待標定方向上之后，沖擊剪斷傳力鋼絲之前，沖擊頭與沖擊墊塊斷路，金屬絲I與金屬絲II短路；而當啟動沖擊氣缸的沖擊動作之后，階躍開始時刻即為沖擊頭與傳力鋼絲相接觸的時刻，此時沖擊頭與沖擊墊塊之間短路；階躍結束時刻即為傳力鋼絲被完全剪斷的時刻，此時金屬絲I與金屬絲II斷路；分別通過導線將沖擊頭、沖擊墊塊、金屬絲I和金屬絲II作為電信號測試點a、b、c、d引出提供給階躍邊沿檢測電路，通過檢測a與b、c與d之間的通斷以檢測負階躍激勵的階躍邊沿時間；a與b的初始狀態為斷路、c與d的初始狀態為短路，當階躍開始時a與b短路，當階躍結束時c與d斷路。

2.如權利要求1所述的一種用于力傳感器動態標定的階躍力產生裝置，其特征在于：傳力鋼絲采用304不銹鋼鋼絲或其它弱磁性材料的鋼絲；可移動升降臺由底座和螺旋機架組成，通過移動底座實現位置調整，通過調整螺旋機架實現高度精確調整；L型支架的豎壁與底板之間夾角為90°，采用45鋼一體加工；沖擊氣缸采用沖擊速度高、沖擊力大、體型小的CMT沖擊氣缸，其沖擊桿帶導向結構；沖擊頭采用模具鋼加工而成；沖擊墊塊采用Q235或45鋼加工而成；陶瓷墊片厚度為1mm～2mm；磁吸鋼盤中的圓柱鋼采用45鋼加工，永久磁鐵采用銣鐵硼磁鐵，永久磁鐵置于圓柱鋼的內腔中，永久磁鐵的頂面與圓柱鋼的頂面保持一小間隙，由圓柱鋼對其上面的沖擊墊塊和陶瓷墊片起支撐作用，永久磁鐵僅用于提供吸附沖擊墊塊的磁力；沖擊頭與沖擊墊塊的沖擊面之間的初始距離為沖擊氣缸的最大沖擊力行程。

3.如權利要求1所述的一種用于力傳感器動態標定的階躍力產生裝置，其特征在于：階躍邊沿檢測電路由電源Vcc1、電源Vcc2、電阻R1、R2、R3、R4、高速光耦U1、U3、反相施密特觸發器U2、同相施密特觸發器U4、接線座P1、P2、P3組成，其輸入信號為從沖擊剪斷裝置中引出的a、b、c、d，輸出信號分別為反映階躍開始時刻的Tr1與反映階躍結束時刻的Tr2；其中，接線座P1用于接入信號a與b，接線座P2用于接入信號c與d，接線座P3用于輸出信號Tr1與Tr2；高速光耦U1的輸入側用于檢測輸入信號a與b的通斷并將其轉換為高低電平狀態，高速光耦U3的輸入側用于檢測輸入信號c與d之間的通斷并將其轉換為高低電平狀態；反相施密特觸發器U2用于對光耦U1輸出的電平信號進行邊沿整形與反相并輸出Tr1，同相施密特觸發器U4用于對光耦U3輸出的電平信號進行邊沿整形并輸出Tr2；初始時，a與b斷路、c與d短路，Tr1與Tr2均輸出低電平；當階躍開始時，a與b短路，Tr1輸出高電平；當階躍結束時，c與d斷路，Tr2輸出高電平；通過檢測Tr1與Tr2的首次上升沿時間差即得負階躍激勵的階躍邊沿時間。